建新煤礦綜放工作面煤墻片幫冒頂原因分析及防治對策

王朝

【摘 要】 通過對建新煤礦綜放工作面頂板、煤壁現(xiàn)狀的現(xiàn)場觀測和分析，總結(jié)出綜放工作面煤壁片幫、端面頂板冒落的特點、形態(tài)和煤壁片幫冒頂?shù)脑?，提出了綜放工作面頂板控制措施，對現(xiàn)場應(yīng)用具有非常理想的效果和使用價值。

【關(guān)鍵詞】 綜放工作面 片幫 冒頂

建新煤礦現(xiàn)已開采四個工作面，均位于41盤區(qū)，全部采用綜合機(jī)械化放頂煤采煤法，全部垮落法管理頂板。工作面開采煤層為4-2煤層，傾角1～3°，平均2°左右，煤層近水平；煤層平均厚度5.65～9.95m，機(jī)采高度3.2m。煤層含夾矸1～3層，結(jié)構(gòu)簡單，夾矸厚度0.10～0.50m，平均0.30m。工作面傾斜長度180～200m，推進(jìn)長度890～1200m。工作面在生產(chǎn)過程中片幫冒頂現(xiàn)象時有發(fā)生，通過現(xiàn)場實際觀測，總結(jié)分析片幫冒頂?shù)奶攸c、形態(tài)和原因，并提出了相應(yīng)的應(yīng)對措施，對現(xiàn)場應(yīng)用具有非常理想的效果和使用價值。

1 煤壁片幫冒頂?shù)奶攸c及形態(tài)

1.1 倒墻式片幫

煤壁上、下部片幫深度大致相等且多發(fā)生在采煤機(jī)滾筒后10m范圍內(nèi)，深度一般為200～400mm，主要是受平行于煤壁的節(jié)理，采煤機(jī)采動和支承壓力作用的影響。這種形式的片幫出現(xiàn)的頻度較大，在工作面周期來壓期間尤其明顯。

1.2 半煤壁片幫

一般多發(fā)生在沿厚夾矸下部與煤層的交線以下較深的片幫，深度一般300～500mm。造成半煤壁片幫的原因是復(fù)雜且多樣的，主要是由于煤體酥軟，在支承壓力的作用下，煤層與夾矸發(fā)生離層而引發(fā)的。在煤壁片幫冒頂中，半煤壁片幫發(fā)生的概率較小，一般主要出現(xiàn)在初采初放期間調(diào)整機(jī)采層位時。

1.3 滑坡式片幫

當(dāng)發(fā)生半煤壁片幫時，煤壁上部會沿著斜面下滑，并在端面上形成較大面積的空頂，深度一般為1～2m。造成半煤壁片幫發(fā)生的原因，主要是由于傾斜的煤層、斷層、包裹體、節(jié)理以及移架時煤壁承受力的增大。在煤壁片幫冒頂中，滑坡式片幫發(fā)生的概率要比半煤壁片幫大，在正常生產(chǎn)期間特別是周期來壓期間較嚴(yán)重。

2 煤壁片幫冒頂?shù)脑蚍治?/p>

2.1 煤壁片幫的原因分析

煤層節(jié)理、裂隙較發(fā)育，同時受到工作面推進(jìn)方向近似平行的影響。在工作面推進(jìn)的過程中，煤體強度隨著基本頂發(fā)生周期來壓而降低，這增大了塑性區(qū)的范圍，此時裂隙在支承壓力作用下產(chǎn)生的發(fā)育，會增加煤體向外的位移量，從而造成煤壁片幫的發(fā)生。

2.2 端面冒頂原因分析

一般而言，煤礦片幫冒頂是礦山壓力作用下，煤體因破碎下滑而發(fā)生的礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象。煤體強度會隨著裂隙的發(fā)育而降低，這將增大塑性區(qū)的范圍。在支承壓力的作用下，塑性區(qū)的煤體向外的位移量將增大，最終向外的位移量將達(dá)到極限平衡狀態(tài)，當(dāng)支承壓力增加或煤體強度降低時就會發(fā)生片幫冒頂?shù)内厔荨倪@里的分析可知，煤壁片幫冒頂發(fā)生的關(guān)鍵原因是節(jié)理裂隙的發(fā)育，而煤體的塊度在很大程度上受到裂隙密度的影響。節(jié)理面處于相對平整的狀態(tài)，當(dāng)兩面相對位移量較小時，凹凸不平處的相互咬合作用將增大兩節(jié)理面間的摩擦力；當(dāng)兩面相對位移量較大時，凹凸不平處的相互咬合作用將不能發(fā)揮其原有作用，此時的煤體將處于不連續(xù)狀況，支護(hù)受力不再均勻，從而造成煤體片幫冒頂?shù)陌l(fā)生。

（1）造成冒頂發(fā)生的內(nèi)在因素，主要是煤層中的節(jié)理、層理、斷層、包裹體等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育而引發(fā)的煤體酥軟；（2）造成冒頂發(fā)生的第二個重要因素，是支架工作狀態(tài)的不佳。支架工作狀態(tài)不佳主要表現(xiàn)在以下方面：當(dāng)放頂煤支架的使用年限較長時，支架各部件都處于嚴(yán)重老化的狀態(tài)，支架串、漏液及自落現(xiàn)象嚴(yán)重；支架的移架速度較慢，使得空頂時間延長；支架的頂溜力不夠；支架的初撐力達(dá)不到要求；不能夠及時使用護(hù)幫板等。（3）造成冒頂發(fā)生的第三個重要因素，是采煤工藝的落后，如返空刀裝煤延長了空頂時間。（4）造成煤壁片幫發(fā)生的一個重要因素，是長時間的停采。頂板下沉量與觀測時間成正比，這就意味著停采時間的延長，將增大頂煤的下沉量，從而增加煤壁及端面區(qū)頂煤壓縮破壞的嚴(yán)重程度。與此同時，由于節(jié)理面是相對平整的，當(dāng)兩面相對位移量較小時，凹凸不平處的相互咬合作用將增大兩節(jié)理面間的摩擦力；當(dāng)兩面相對位移量較大時，凹凸不平處的相互咬合作用將不能發(fā)揮其原有作用，這將造成沿節(jié)理面的大位移量，使工作面出現(xiàn)臺階下沉，或嚴(yán)重片幫。

3 綜放面防治片幫冒頂?shù)拇胧?/p>

從前文的分析可知，造成片幫冒頂?shù)脑蚨喾N多樣，既有內(nèi)在因素，又有外在因素，因此綜放面防治片幫冒頂?shù)拇胧┲饕ㄒ韵聨追N：（1）對工程質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。要及時清理頂梁上的浮煤，從而最大限度提高支架的有效支護(hù)面積；將采高嚴(yán)格控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，確保支架達(dá)到最佳支護(hù)效果；工作面必須采直割平。（2）對設(shè)備進(jìn)行及時的檢修和維護(hù)，杜絕發(fā)生跑、冒、滴、漏液及自落現(xiàn)象，并且適當(dāng)提高乳化液泵站壓力，使支架工作阻力達(dá)到設(shè)計要求，保證支架工作狀態(tài)良好，減少事故停采時間。（3）堅持及時使用護(hù)幫板，防止煤墻片幫。一旦出現(xiàn)較深片幫，及時在支架伸縮梁上垂直于工作面用半圓木（大板或道木），控制頂板，防止因空頂時間長而誘發(fā)冒頂。（4）緊隨采煤機(jī)前滾筒及時超前帶壓移架，減少空頂時間。（5）一旦發(fā)生輕微漏頂或滑坡式局部漏頂，必須及時采取有效措施接頂背實（或架設(shè)前探梁），控制好頂板，防止冒頂范圍的擴(kuò)大。（6）及時調(diào)整支架狀態(tài)。防止支架受力不均，進(jìn)而產(chǎn)生歪倒現(xiàn)象，失去對頂煤的控制，最終導(dǎo)致頂板事故。（7）采用打錨桿方法，來提高節(jié)理面之間的抗剪能力。（8）用化學(xué)凝固劑加固煤壁。如在煤壁內(nèi)加注馬麗散、高水速凝材料等。用化學(xué)凝固劑充填破碎圍巖的裂隙及化學(xué)凝固劑的粘結(jié)作用，以增強支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性和承載能力，提高固結(jié)體的強度和剛度。

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